放頂煤開采技術(shù)

放頂煤開采技術(shù)介紹

(Introductiontofullymechanizedminingwithsublevelcaving)

河南理工大學(xué)能源學(xué)院

翟新獻教授、博導(dǎo)§1.緒論

1)厚煤層儲量豐富占44％2)厚煤層的開采方法分層開采：采高2.5m大采高綜采（一次采全高）：采高4~6m放頂煤開采：8~10m

ZY4800-26/50型掩護式液壓支架

支架型號

ZY4800/26/50，支架工作阻力

4800KN，支架高度

2600-5000mm，支護強度

0.78-0.8Mpa，底板比壓

1.7-2.2Mpa，推溜力

360KN，拉架力

633KN

簡短說明：大采高掩護式支架，鉸接前梁帶二級護幫機構(gòu)，能及時支護防止片幫；整體底座設(shè)置有調(diào)架機構(gòu)，帶防倒防滑裝置。

支撐掩護式液壓支架

支架型號

ZZ5200/22/42，支架工作阻力

5200KN，支架高度

2200-4200mm，支護強度

0.82Mpa，底板比壓

1.58Mpa，推溜力

223KN拉架力

410KN

簡短說明：雙伸縮立柱，雙活動側(cè)護板；鉸接頂梁帶護幫板，能及時支護；整體底座正裝推移，前端有抬底裝置。

整套綜采機械化放頂煤開采設(shè)備出口到俄羅斯神東煤炭分公司是中國神華能源股份有限公司的骨干煤炭生產(chǎn)企業(yè)，負責(zé)中國神華能源股份有限公司在內(nèi)蒙古南部、陜西省北部交界地帶神府東勝礦區(qū)，以及山西省保德煤礦的開發(fā)建設(shè)。公司已取得礦權(quán)開發(fā)總面積661平方公里，總地質(zhì)儲量89.9億噸。截止2007年，共完成投資288億元，建成特大型現(xiàn)代化高產(chǎn)高效煤礦10個（11個礦井），以及洗選加工、外運裝車、設(shè)備維修等配套設(shè)施，形成千萬噸礦井群的生產(chǎn)格局，建成國內(nèi)第一個億噸級現(xiàn)代化大型煤炭生產(chǎn)基地。中國神華在煤炭儲量方面的“天賦”異常優(yōu)越，不僅煤層埋藏淺、傾角小，而且煤層厚、地表狀況穩(wěn)定、地質(zhì)構(gòu)造簡單，同時大多數(shù)煤層瓦斯含量低。這些都是大規(guī)模、機械化開采的先決條件。正基于此，中國神華得以在短時間內(nèi)建成無數(shù)高產(chǎn)、高效的煤礦，并在一開始就購買了全世界最先進的機械，在寬240~300米、長3000~6000米的巨大平面上進行大規(guī)模機械化采煤作業(yè)。2007年中國神華原煤生產(chǎn)百萬噸死亡率為0.006，大幅低于中國全國煤礦1.485和國有重點煤礦0.383的平均水平。所屬１４個分子公司有１１個連續(xù)３年杜絕了責(zé)任死亡事故；17處生產(chǎn)煤礦有16處全年實現(xiàn)了零死亡，其中有10處煤礦連續(xù)安全生產(chǎn)1000天以上。2007年，中國神華所屬17處煤礦中有10個被評為全國安全高效礦井，其中６處被評為特級安全高效礦井。大柳塔煤礦是神東礦區(qū)建成的第一個特大型現(xiàn)代化高產(chǎn)高效煤礦，由大柳塔井及活雞兔井組成，原為兩個獨立的礦井：大柳塔井始建于1987年10月，原設(shè)計年生產(chǎn)能力600萬噸；活雞兔井于1994年10月開工建設(shè)，設(shè)計年生產(chǎn)能力500萬噸。2002年為了便于集中管理，兩礦合并為一礦，設(shè)立一套礦井生產(chǎn)管理機構(gòu)。大柳塔礦建成了目前的“一礦兩井500人2000萬噸”的新型集約化高產(chǎn)高效生產(chǎn)模式。在全國第一個全套引進國際先進水平的技術(shù)和裝備，形成了“礦井大型化、生產(chǎn)集中化、采掘機械化、掘支運系統(tǒng)化、井巷支護錨桿化、機電一體化、主運輸系統(tǒng)皮帶化、輔助運輸無軌膠輪化、安全生產(chǎn)監(jiān)測自動化、辦公現(xiàn)代化”的新型工業(yè)化示范性礦井。1997年至2007年，該礦連續(xù)11年被國家煤炭工業(yè)部、煤炭工業(yè)局和煤炭工業(yè)協(xié)會評為“全國特級高產(chǎn)高效礦井”。兗州煤業(yè)股份有限公司是我國華東地區(qū)最大的煤炭生產(chǎn)、出口基地，熟練掌握世界領(lǐng)先水平的自主創(chuàng)新核心技術(shù)“綜采放頂煤”采煤方法。2006年底，兗州煤業(yè)擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的先進采煤技術(shù)“長壁采煤法綜采工藝”等發(fā)明專利，獲得2項南非專利和1項澳大利亞專利，使得兗州煤業(yè)在煤炭開采技術(shù)上累計獲得國外發(fā)明專利6項。2005年，兗州煤業(yè)把自己的專利技術(shù)“兩柱掩護式低位放頂煤液壓支架”以“非獨家、不可轉(zhuǎn)讓”的方式轉(zhuǎn)讓給世界500強企業(yè)DBT公司，獲利近2000萬人民幣，實現(xiàn)了我國采煤技術(shù)對外輸出的零突破。兗州煤業(yè)煤礦單產(chǎn)水平曾經(jīng)連續(xù)13年保持行業(yè)第一，煤炭回采率超國家標(biāo)準(zhǔn)6個百分點，并擁有創(chuàng)造世界立井開采水平吉尼斯記錄的煤礦。

§1.緒論

放頂煤開采具有高產(chǎn)高效的技術(shù)優(yōu)勢高產(chǎn)高效：采放平行作業(yè)，增加1個出煤系統(tǒng)，增產(chǎn)80~100%巷道掘進率低：工作面搬家次數(shù)少：減少材料消耗與噸煤工資支出：電力、截齒、油脂消耗少對地質(zhì)條件、煤層賦存條件適應(yīng)性強：沿煤層底板布置工作面急傾斜特厚煤層可實現(xiàn)綜合機械化開采，實行分段放頂煤

國內(nèi)外放頂煤開采歷史與發(fā)展國外：18世紀(jì)初法國最先使用此法20世紀(jì)初歐洲在急傾斜煤層中應(yīng)用（sublevelcaving)50年代末60年代初在長壁工作面中使用（longwalltop-coalcaving）80年代末以后在歐洲使用應(yīng)用逐年減少§1.緒論國內(nèi)：60年代開始簡易放頂煤（單體支柱）82年開始滑移支架放頂煤，并研制綜放支架84年首個綜放開采工作面在沈陽浦河礦進行試驗86年綜放開采技術(shù)在我國取得基本成功§1.緒論§1.緒論國內(nèi)發(fā)展過程分三個階段探索階段（1984～1990）逐漸成熟階段（1990～1995）技術(shù)成熟和推廣階段（1996～）當(dāng)前放頂煤開采技術(shù)的發(fā)展方向及主要問題進一步提高工作面回采率：采出率小于75%，達不到國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。配套設(shè)備系列化：端頭支架改進瓦斯災(zāi)害的防治問題：高瓦斯煤層進行抽放自然發(fā)火災(zāi)害的防治問題：初采、末采期間和兩巷火災(zāi)預(yù)防。工作面粉塵的防治問題：特別是放煤期間煤塵飛揚。沿底布置全煤回采巷道的支護技術(shù)：錨網(wǎng)和錨索支護綜合技術(shù)理論的研究§2頂煤的冒放性一頂煤冒放性的影響因素

1煤的強度（與Rc、C、φ）：用f表示

2夾矸

夾矸臨界厚度：夾矸層賄抗壓強姨度：史k竿：砂含巖0.江7，豆頁巖捷：0.化453煤狡層節(jié)理裂鍋隙節(jié)理裂清隙發(fā)育返好：冒寒落塊度當(dāng)小,可剪放性好節(jié)理裂南隙發(fā)育容差：們冒落靈塊度大插,可放胞性差4田煤層倘賦存深齡度：利需用礦壓掘破煤時筆，臨界揚深度H呆：k:木應(yīng)力茂集中系懷數(shù)f:焦內(nèi)技摩擦系脈數(shù),取榮0.7:側(cè)洲壓系數(shù):泊松比有限元計常算曲線表田明H墊<10冠0m冒褲放性極差棕,H勉>4兵00m抱冒放性幫好5昌煤層頂勒板條件隨采隨冒株直接頂最熄低厚度M:宅采放高并度,mKp竭:巖泛石碎漲姿系數(shù)6放堵采高度榨比頂煤冒落請充分必要悄條件:妹則:h:燃放煤口短距底板高模度Ks:姑煤軋的松散扎系數(shù)7選其他誘影響因姐素工作面鈴?fù)七M速時度：頂煤的情濕度導(dǎo)N竿=艇959縮慧x互-許11起.95N為堵首口發(fā)生桌次數(shù),抱x為滴頂煤濕趣度,%二濱頂煤冒襖放性的分詳類1模懇糊聚類頂煤冒核放性各摸影響因句素權(quán)重請排序及餐權(quán)值范父圍

項目權(quán)重程序權(quán)值范圍煤層硬度f10.25~0.38節(jié)理裂隙發(fā)育程度j20.15~0.36賦存深度H30.15~0.30比煤硬夾石層厚度h40.07~0.15采放高度比k50.07~0.14直接頂充填程度Kc60.04~0.06基本頂級別F70.02~0.04可放性培好(1擋類):頂煤強度堅低(f<顯1.0)劉,能夠姑自行垮落嶼,垮落塊叼度較小(仁<300謀mm),控?zé)o硬夾申石,節(jié)理香裂隙很發(fā)麥育,煤層開深度大于宿300救m,直戲接頂能夠喇隨采隨冒安,并對采滑空區(qū)充填塔較好.可放性焦較好(粉2類)接:頂煤強度娘中等(f穗=1~2礎(chǔ).5)命結(jié)構(gòu)簡單注,含夾石諸,但夾石胃強度較小殺,層數(shù)較悲少,夾浪石層厚度留較小,節(jié)普理裂隙很銀發(fā)育,煤斯層厚度5辦m~12賽m,懂頂板能夠桶隨采隨冒伍,采深>驅(qū)200m猜,有時會均出現(xiàn)大于拖500m居m的大塊坡.可放性毫一般(刃3類)醬:頂煤強牧度中等輸(f<敢3),竟節(jié)理裂減隙中等玻發(fā)育,側(cè)含夾石鋼,但夾族石強度右較小,誘層數(shù)較蹈少,夾樹石層厚擺度較小漿,冒落船頂煤塊勵度較大修,放出嘉流動性蒼較差,拘為使頂能煤順利差放出雖姑不需進際行頂煤召預(yù)破碎充的輔助濕工作,香但必須凈加強放您頂煤支嶄架的二譯次破碎納功能,兇采深大橡于10跌0m.可放性差篩(4類)顆:頂煤強撕度較大關(guān)(f>時3),漂節(jié)理裂樓隙不很枕發(fā)育,秀結(jié)誤構(gòu)較簡兼單,夾遼石層較宗硬,厚復(fù)度大于臨0.4舒m；直搜接頂較鳳薄,需瓜采取頂狀煤預(yù)破為碎等措汽施方能遼順利放蹲出.難放(刮5類)確:頂煤強辟度大(恨f>4勾),訪結(jié)構(gòu)較爺復(fù)雜,彩夾石層工堅硬,架節(jié)理裂味隙不發(fā)夾育；直款接頂較因薄且較場堅硬,三不能隨竹采隨冒握,采深擱小于1錄00m珠.2.剖有限毫元數(shù)值模譜擬分類(1)訓(xùn)綜放開在采頂煤替冒放性膠的主要頌影響因富素的排加序為:扛煤層硬殼度,賦遮存深度粒,節(jié)理臟裂隙發(fā)秒育程度規(guī),放采斜比,夾搶石厚度蓮和直接銹頂充填埋程度.喂各自的屆權(quán)重系巷數(shù)分為善:0.友294使,0務(wù).27袖7,察0.2胖11,皺0.纖103帳,0曬.06笑6,塊0.0櫻39.(2)苦根據(jù)有瓣限元計算愧結(jié)果,各俱因素對頂紡煤冒放性居的影響規(guī)虎律有下列罷諸式:根據(jù)計蹤蝶算所得堡的Y值就可慶以對照摟表找出之相應(yīng)的廣頂煤冒館放性類槳型及估姻算的放糊出率.是此處頂輛煤冒放塞性分為攤五類,虜分別為黎:很好獵,好,仗中等,指差,極耍差.類別冒放程度Y值放出率/%放煤工藝特點1很好>0.9>80選擇有利于控制前冒頂?shù)闹Ъ?好0.8~0.965~80選擇合理低位放煤支架和放煤口尺寸3中等0.7~0.850~65除合理架型外,加大放煤口,選擇合理放煤參數(shù)4差0.6~0.730~50采取專門的頂煤預(yù)處理措施5極差<0.6<30不適宜放頂煤開采§3關(guān)長帽壁放頂煤巨工作面礦溉壓顯現(xiàn)及懂頂煤頂板此運移規(guī)律工作面椅礦壓特老征1.珠支架的初脹撐力、工繪作阻力普詞遍不高,節(jié)為給定載叮荷工者作特性：池低于頂分鞠層綜采開綿采時相應(yīng)偶阻力，而看且工作阻表力與頂煤佛性質(zhì)關(guān)系扶密切。2.健支架前柱源工作阻力紙普遍比后誰柱高：3.寧工棉作面頂馬板來壓費強度小誘于分層脹開采頂煤移國動特征脫及主要君影響因筆素1.森頂煤運辜移規(guī)律曲揉線：負指鑄數(shù)關(guān)系：2.降頂注煤的層尼位對頂籍煤運移呼規(guī)律的憑影響上位頂?shù)苊洪_始嚷移動的負位置距貼工作面脅較遠上位頂煤敏的位移量壯大于下位快頂煤的位密移量(總慰位移)3.婆煤怨層的厚答度對頂棋煤運移豆規(guī)律的惜影響厚度大的董煤層位移知超前厚度賢小的煤層相同位柄置的頂顧煤位移班量厚度富大的較烏大4.棋頂煤的勞堅固性系突數(shù)對頂煤愚運移規(guī)律鐮的影響頂煤堅固劉性系數(shù)大阿,頂煤位伍移始動點別距工作面身近頂煤堅固睡性系數(shù)大騙,頂煤位聽移量減少頂煤放出帝規(guī)律1.腫形狀:主晨軸偏轉(zhuǎn)的知橢球體和致放煤漏斗2.紗影遺響放出精體的主冷要因素頂煤垮叮落角α2.婦影響放爐出體的主宰要因素放煤口位泳置3.啞放煤高貴度放頂煤支朋架工作阻茂力的確定1.暈利用煤巖眨組合特征太估算法拱--蓋---礎(chǔ)拱組合嶺結(jié)構(gòu)拱--注---限拱砌體額梁組合垃結(jié)構(gòu)拱傳遞形梁組合我結(jié)構(gòu)臺階式喚懸臂-贊---煮--砌皆體梁組如合結(jié)構(gòu)臺階式寫懸臂-稻---步--懸苗梁組合后結(jié)構(gòu):支撲架通過康頂煤,外直接頂秤對基本穗頂破斷院時施加約的力l:杜控頂距:懸梁捧自身單曬位長度夕重力追L:血周綠期來壓聰步距:預(yù)處轉(zhuǎn)理的下位洽頂板厚度:巖體刪抗拉強度2.漆動載系數(shù)訴法:動載系鄙數(shù)潑:來壓藝時支架時像間加權(quán)平膝均工作阻右力:支架時蛙間加權(quán)平敢均工作阻浙力:安全慌系數(shù),席取1師.23.淚實測統(tǒng)談計法:實測荒統(tǒng)計平把均差,有400武~60法0Kn磚/架4無.詳放頂駛煤支架熟載荷特應(yīng)征支架初授撐力小著：為額飯定值的暢51%支架工隆作阻力腫?。簽榫蝾~定值喇的55奧.3%尸)支架載荷康平均相當(dāng)歉于1.8槽7倍采高旺覆巖的重拼量支架前柱拆工作阻力卵大于后柱夠(1.1醒6倍)支架動載雨系數(shù)小(飄平均為1維.29)降阻運蹦行特征飄占12幕.5%§4境放頂煤支散架的選型1.摔放頂煤攀支架的刺分類單輸送機胖高位放煤掩護式雙輸送機砌低位放煤尾梁插予板式雙輸送喜機掩護梁開談天窗插腿式支范架放頂煤鑄液壓支臺架哥支撐掩蹄護式限單愧輸送機仆掩護梁妻開天窗非插腿慰式支架(高位償放煤)雙輸送機趙尾梁擺動舉香蕉節(jié)式坡支架支撐式雙輸送機朱后開立門曉六柱垛式術(shù)支架懸移支架簡易式富滑移支澆架網(wǎng)絡(luò)式練支架2.放頂覆煤支架的私特點低位放往頂煤支露架的特練點:ZFS5離600/吉17/3豎5（G）鉆液壓支架結(jié)構(gòu)特隸點：1估、前連搭桿采用陳“Y”犯形連桿駱，支架騰長度較槍?。淮?、四膊柱單伸蠻縮帶加托長桿；彈3、磁配備大糊流量液兆壓系統(tǒng)脈，適應(yīng)那快速移令架。匠主要技賺術(shù)參數(shù)踐：

支懷架型式謝支撐掩兆護式，婚放頂煤栗支架高震度17砌00-之350蠢0mm泥，支架弟中心距毀150績0mm喜，工作念阻力5傷600桌KN，郊初撐力倉498肯6KN隙，支護聾強度0益.8M衡Pa，剝底板比輪壓2.脅1MP名a，適福應(yīng)煤層辦傾角≤揭12°執(zhí)，泵站謊壓力3釘1.5梁MPa捉，操作撫方式本箭鄰架控準(zhǔn)制，支乎架重量倉19.自09t反四連煮桿放頂過煤液壓榜支架ZYF2智600/愉16/2累6兩柱放橡頂煤液壓秤支架這是一劈燕種雙輸赤送機運旗煤,在快掩護梁蘿后部鉸補接一個喂帶有插訪板的尾逗梁,低充位放煤早的支撐蒸掩護式封液壓支浸架.(1)由身于具有連禿續(xù)的放煤德口,放煤窯效果好,襖沒有脊背統(tǒng)損失,喬采出率高愧.(2)鄭和其他晝支架相紐奉比,從覽煤壁到斥放煤口國的距離藍最長,軍經(jīng)過鮮頂梁的初反復(fù)支酬撐和在閉掩護梁捉上方的桿垮落,融使頂煤燭破碎充餓分,對表放頂煤羞極為有遮利.(3)泰后輸送茄機沿底蘭板布置麻,浮煤尸容易清林理,同壁時尾梁霞插板可等以破碎唉大塊煤懼,使放暮煤口不躁易堵塞臘.(4)低貢位放煤使淋煤塵減少法,有利于焰降塵.(5)后傲部放煤空違間大,有據(jù)利于頂煤斧冒落,放寸煤效率高偵.中位放頂飛煤的特點消:中位放頂候煤的特點散：(1)澇支架仁穩(wěn)定性括和密封坦性好,刷抗偏載譽和抗扭卸能力大用,不易騰損壞.(2)副放煤口距送煤壁遠,旺有助于工先作面前方惹頂煤的維包護.支架吊頂梁長,角有利于反匠復(fù)支撐頂增板,增加概頂煤的破抓壞程度.眨支撐底座柱長,可減滿少支架對堪底板比壓饒,而且分廣布較為均要勻.(3)由逝于采放分饞別使用兩郊部輸送機農(nóng),可以實雹現(xiàn)平行作包業(yè),實現(xiàn)丘高產(chǎn)高效呼.(4)后禽輸送機放半在支架底幅座上,后程部空間有律限,造成浴大塊煤通揪過困難,購并且移架電阻力較大攪.(5)勒受放煤雨口尺寸位的限制原,架與贈架之間錯有脊背花三角煤謎放不下茶來,同隨時放煤疤口易發(fā)轟生大塊標(biāo)煤堵塞辮現(xiàn)象.(6)陸放煤口賴位置較增高,丟南煤多,膠采出率疼較低,玻煤塵較大大(7)謹掩奇護梁不也能擺動匠.二次飾破煤的軌能力差輕型放論頂煤支遙架：重量6錫～8t紅,支架戀額定支今護強度盆在40樣0~昏60姓0k呀N/m2單擺桿專式:滑結(jié)援構(gòu)簡單庭,緊湊慘.單鉸接式愈:災(zāi)放煤空間濕固定支架侍穩(wěn)定性好適用條叛件(1)利煤耳層堅固系堅數(shù)f<低2.5真,來壓強抵度不大,種煤層厚度適3m~8賽m,煤層跑傾角<2兄5°.(2)柿工援作面尺寸添較小,斷蛋層較多,敗地質(zhì)條件誼較為復(fù)雜咸的工作面(3)圓邊缸角煤或煤檔柱的開采澤,厚度不映穩(wěn)定的煤民層,較薄驗厚煤層.(4)購年蒙產(chǎn)100瀉萬t左右需的大中型藝礦井,提佛升運輸及房誠巷道條件負較差.ZF28攤00/1輩5/24鈴型輕型放外頂煤液壓盡支架ZF28記00/1吩6/24岔輕型放頂物煤支架支架型岡號S末upp饒ort檔Typ井e：熟ZF蕉280芹0/1悟5/2鞭4支架工付作阻力驕Yi梁eld穿Loa或d：豬28仙00被KN支架高竹度H粗eig肝ht村Ran將ge：極1掙500厘-24墓00版mm支護強度磁Sup既port債Dens身itY：愧0.傻5Mp嶺a底板比壓禁Bas持epr桶essu鑼re：各0.8金45M五pa過渡支乒架過渡支鬼架過渡支架過渡支架過渡支照架端頭支娘架端頭支挖架端頭支架§5放語頂煤開滋采工藝吃與采出掃率1、放興煤方式幼：單輪磚順序、管多輪順筑序、單袋輪間隔2、放帳煤步距鮮：L=嫁（0.盯15-艘0.2董1）H3、工藝擾過程：割融煤——移躁架——推要前溜——歇拉后溜—律—放煤§5放頂愈煤開采工撫藝與采出躁率4、放頂屋煤工作面摧煤炭損失傅構(gòu)成放煤工藝籌損失（7灰%-12折%）工作面國上下端泉頭損失嚴（2%辮-8%孤）初、末尾采損失矩（1.秤0%-弊2.5恢%）區(qū)段煤詳柱損失斑（5%裁-15件%）其他損失蘋：運輸、歪地質(zhì)構(gòu)造衣、冒放性電差等，工宴作面采出亮率通常在冷62.5霞%~85樂%§5放頂盒煤開采工慌藝與采出續(xù)率5、提高厚采出率措錘施減少初謀采損失劉：切頂失巷，深盈孔爆破減少端曠頭損失趁：端頭欣放煤減少放慈煤工藝稻損失：嘗支架選阿型正確閥，優(yōu)化虎放煤工飲藝參數(shù)加強管理暴：加強計荷量工作，接強化放煤枕工藝管理減少區(qū)段攀煤柱損失嘴：沿空掘輕巷，錯層出位布置§6.放濟頂煤開呀采的安丹全技術(shù)1.瓦速斯事故的則防治瓦斯涌出拜特點：瓦斯涌出腳量均勻上浮效磁應(yīng)明顯絕對涌出功量高于分挑層開采，節(jié)相對涌出疫量低于分遷層開采的瓶一分層支架后上簡方存在一支個高瓦斯舊無風(fēng)流區(qū)上隅角采切空區(qū)邊緣患上方瓦斯廳易聚集瓦斯綜合樓防治措施采取瓦隱斯防治敢常規(guī)措驅(qū)施（提瞎高回采變率、合證理配風(fēng)兄、加強班抽放、環(huán)積極合杰理選擇酸通風(fēng)方羊式（E科型、U帥+L型奔、H型吐）局部送鉆風(fēng)沖淡飾瓦斯、持設(shè)置風(fēng)爆